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Large scale central receiver systems typically deploy between thousands to more than a hundred thousand heliostats. During solar operation, each heliostat is aligned individually in such a way that the overall surface normal bisects the angle between the sun’s position and the aim point coordinate on the receiver. Due to various tracking error sources, achieving accurate alignment ≤1 mrad for all the heliostats with respect to the aim points on the receiver without a calibration system can be regarded as unrealistic. Therefore, a calibration system is necessary not only to improve the aiming accuracy for achieving desired flux distributions but also to reduce or eliminate spillage. An overview of current larger-scale central receiver systems (CRS), tracking error sources and the basic requirements of an ideal calibration system is presented. Leading up to the main topic, a description of general and specific terms on the topics heliostat calibration and tracking control clarifies the terminology used in this work. Various figures illustrate the signal flows along various typical components as well as the corresponding monitoring or measuring devices that indicate or measure along the signal (or effect) chain. The numerous calibration systems are described in detail and classified in groups. Two tables allow the juxtaposition of the calibration methods for a better comparison. In an assessment, the advantages and disadvantages of individual calibration methods are presented.
For short take-off and landing (STOL) aircraft, a parallel hybrid-electric propulsion system potentially offers superior performance compared to a conventional propulsion system, because the short-take-off power requirement is much higher than the cruise power requirement. This power-matching problem can be solved with a balanced hybrid propulsion system. However, there is a trade-off between wing loading, power loading, the level of hybridization, as well as range and take-off distance. An optimization method can vary design variables in such a way that a minimum of a particular objective is attained. In this paper, a comparison between the optimization results for minimum mass, minimum consumed primary energy, and minimum cost is conducted. A new initial sizing algorithm for general aviation aircraft with hybrid-electric propulsion systems is applied. This initial sizing methodology covers point performance, mission performance analysis, the weight estimation process, and cost estimation. The methodology is applied to the design of a STOL general aviation aircraft, intended for on-demand air mobility operations. The aircraft is sized to carry eight passengers over a distance of 500 km, while able to take off and land from short airstrips. Results indicate that parallel hybrid-electric propulsion systems must be considered for future STOL aircraft.
We propose the so-called chance constrained programming model of stochastic programming theory to analyze limit and shakedown loads of structures under random strength with a lognormal distribution. A dual chance constrained programming algorithm is developed to calculate simultaneously both the upper and lower bounds of the plastic collapse limit and the shakedown limit. The edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) is used with three-node linear triangular elements.
Electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) field-effect sensors belong to a new generation of electronic chips for biochemical sensing, enabling a direct electronic readout. The review gives an overview on recent advances and current trends in the research and development of chemical sensors and biosensors based on the capacitive field-effect EIS structure—the simplest field-effect device, which represents a biochemically sensitive capacitor. Fundamental concepts, physicochemical phenomena underlying the transduction mechanism and application of capacitive EIS sensors for the detection of pH, ion concentrations, and enzymatic reactions, as well as the label-free detection of charged molecules (nucleic acids, proteins, and polyelectrolytes) and nanoparticles, are presented and discussed.
Game-based learning is a promising approach to anti-phishing education, as it fosters motivation and can help reduce the perceived difficulty of the educational material. Over the years, several prototypes for game-based applications have been proposed, that follow different approaches in content selection, presentation, and game mechanics. In this paper, a literature and product review of existing learning games is presented. Based on research papers and accessible applications, an in-depth analysis was conducted, encompassing target groups, educational contexts, learning goals based on Bloom’s Revised Taxonomy, and learning content. As a result of this review, we created the publications on games (POG) data set for the domain of anti-phishing education. While there are games that can convey factual and conceptual knowledge, we find that most games are either unavailable, fail to convey procedural knowledge or lack technical depth. Thus, we identify potential areas of improvement for games suitable for end-users in informal learning contexts.
Impact of Battery Performance on the Initial Sizing of Hybrid-Electric General Aviation Aircraft
(2020)
Studies suggest that hybrid-electric aircraft have the potential to generate fewer emissions and be inherently quieter when compared to conventional aircraft. By operating combustion engines together with an electric propulsion system, synergistic benefits can be obtained. However, the performance of hybrid-electric aircraft is still constrained by a battery’s energy density and discharge rate. In this paper, the influence of battery performance on the gross mass for a four-seat general aviation aircraft with a hybrid-electric propulsion system is analyzed. For this design study, a high-level approach is chosen, using an innovative initial sizing methodology to determine the minimum required aircraft mass for a specific set of requirements and constraints. Only the peak-load shaving operational strategy is analyzed. Both parallel- and serial-hybrid propulsion configurations are considered for two different missions. The specific energy of the battery pack is varied from 200 to 1,000 W⋅h/kg, while the discharge time, and thus the normalized discharge rating (C-rating), is varied between 30 min (2C discharge rate) and 2 min (30C discharge rate). With the peak-load shaving operating strategy, it is desirable for hybrid-electric aircraft to use a light, low capacity battery system to boost performance. For this case, the battery’s specific power rating proved to be of much higher importance than for full electric designs, which have high capacity batteries. Discharge ratings of 20C allow a significant take-off mass reduction aircraft. The design point moves to higher wing loadings and higher levels of hybridization if batteries with advanced technology are used.
In this paper we report on an architecture for a self-driving car that is based on ROS2. Self-driving cars have to take decisions based on their sensory input in real-time, providing high reliability with a strong demand in functional safety. In principle, self-driving cars are robots. However, typical robot software, in general, and the previous version of the Robot Operating System (ROS), in particular, does not always meet these requirements. With the successor ROS2 the situation has changed and it might be considered as a solution for automated and autonomous driving. Existing robotic software based on ROS was not ready for safety critical applications like self-driving cars. We propose an architecture for using ROS2 for a self-driving car that enables safe and reliable real-time behaviour, but keeping the advantages of ROS such as a distributed architecture and standardised message types. First experiments with an automated real passenger car at lower and higher speed-levels show that our approach seems feasible for autonomous driving under the necessary real-time conditions.
Im Projekt Coolplan‐ AIR geht es um die Fortentwicklung und Feld‐ Validierung eines Berechnungs‐ und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen. Neben dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Simulationsmodellen erfolgen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld. Eine der betrachteten Anlagen arbeitet mit indirekter Verdunstung. Diese Veröffentlichung zeigt den Entwicklungsprozess und den Aufbau des Simulationsmodells zur Verdunstungskühlung in der Simulationsumgebung Matlab‐ Simulink mit der CARNOT‐ Toolbox. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf dem physikalischen Modell des Wärmeübertragers, in dem die Verdunstung implementiert ist. Dem neuen Modellansatz liegt die Annahme einer aus der Enthalpie‐ Betrachtung hergeleiteten effektiven Wärmekapazität zugrunde. Des Weiteren wird der Befeuchtungsgrad als konstant angesehen und eine standardisierte Zunahme der Wärmeübertragung des feuchten gegenüber dem trockenen Wärmeübertrager angenommen. Die Validierung des Modells erfolgte anhand von Literaturdaten. Für den trockenen Wärmetauscher ist der maximale absolute Fehler der berechneten Austrittstemperatur (Zuluft) kleiner als ±0.1 K und für den nassen Wärmetauscher (Kühlfall) unter der Annahme eines konstanten Verdunstungsgrades kleiner als ±0.4 K.
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a novel human infectious disease provoked by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Currently, no specific vaccines or drugs against COVID-19 are available. Therefore, early diagnosis and treatment are essential in order to slow the virus spread and to contain the disease outbreak. Hence, new diagnostic tests and devices for virus detection in clinical samples that are faster, more accurate and reliable, easier and cost-efficient than existing ones are needed. Due to the small sizes, fast response time, label-free operation without the need for expensive and time-consuming labeling steps, the possibility of real-time and multiplexed measurements, robustness and portability (point-of-care and on-site testing), biosensors based on semiconductor field-effect devices (FEDs) are one of the most attractive platforms for an electrical detection of charged biomolecules and bioparticles by their intrinsic charge. In this review, recent advances and key developments in the field of label-free detection of viruses (including plant viruses) with various types of FEDs are presented. In recent years, however, certain plant viruses have also attracted additional interest for biosensor layouts: Their repetitive protein subunits arranged at nanometric spacing can be employed for coupling functional molecules. If used as adapters on sensor chip surfaces, they allow an efficient immobilization of analyte-specific recognition and detector elements such as antibodies and enzymes at highest surface densities. The display on plant viral bionanoparticles may also lead to long-time stabilization of sensor molecules upon repeated uses and has the potential to increase sensor performance substantially, compared to conventional layouts. This has been demonstrated in different proof-of-concept biosensor devices. Therefore, richly available plant viral particles, non-pathogenic for animals or humans, might gain novel importance if applied in receptor layers of FEDs. These perspectives are explained and discussed with regard to future detection strategies for COVID-19 and related viral diseases.
Insbesondere im wirtschaftlichen Kontext wird die Diversität von Belegschaften zunehmend als ein kritischer Erfolgsfaktor gesehen. Neben dem Potenzial, welches sich laut Studien aus einem vielfältigen Team ergibt, werden jedoch ebenfalls die aus menschlicher Diversität resultierenden Herausforderungen thematisiert und wissenschaftlich untersucht. Sowohl aus dem Potenzial als auch aus den Herausforderungen ergibt sich dabei die Notwendigkeit der Implementierung eines organisationsspezifischen Diversity Managements, welches die Gewinnung neuer Mitarbeiter*innen einerseits und das Management der vorhandenen Vielfalt andererseits gleichermaßen unterstützt. In der psychologischen, sozial- und wirtschaftswissenschaftlichen Literatur gibt es unterschiedliche Definitionen von Diversität, woraus sich verschiedene Perspektiven auf das Vorgehen bei der Gestaltung und Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes ergeben. Insbesondere vor dem Hintergrund der Komplexität des Organisationsumfeldes und der steigenden Anforderungen an die organisationsinterne Agilität besteht die Notwendigkeit, Diversität in Organisationen stärker zu reflektieren und systemspezifische Ansätze zu entwickeln. Dies erfordert die Berücksichtigung organisationsspezifischer Strukturen und Prozesse sowie die Reflexion des Wandels der Organisationskultur durch die Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes, der die gegebene Komplexität aufgreift und bewältigen kann. Darüber hinaus sind die psychologischen Auswirkungen solcher Veränderungen auf die Mitarbeiter*innen zu berücksichtigen, um Reaktanzen zu vermeiden und eine nachhaltige Umsetzung von Diversity Management zu ermöglichen. In Ermangelung entsprechender Ansätze im Rahmen öffentlich finanzierter, komplexer Forschungsorganisationen, ist das Ziel dieser Dissertation die Entwicklung und Erprobung eines Forschungsdesigns, welches die Ansätze des Diversity- und Change Managements mit der Organisationskultur verknüpft, indem es eine systemtheoretische Perspektive einnimmt. Dabei wird das Forschungsdesign auf eine komplexe wissenschaftliche Organisation angewendet. Als Basis dient die in Teil A durchgeführte Betrachtung des aktuellen Forschungsstandes aus einer interdisziplinären Perspektive und die damit einhergehende umfassende Einführung in das Forschungsfeld. Im Zuge dessen wird detailliert auf die begriffliche Definition von Diversität eingegangen, bevor dann die psychologischen Konzepte im Diversitätskontext den Übergang zu einer differenzierten Auseinandersetzung mit dem Konzept des Diversity Managements bilden. Auf dieser Grundlage werden das Forschungsdesign sowie die daraus resultierenden Forschungsphasen abgeleitet. Teil A stellt somit die theoretische Grundlage für die in Teil B präsentierten Fachaufsätze dar. Jeder Fachaufsatz beleuchtet dabei in chronologischer Reihenfolge die unterschiedlichen Forschungsphasen. Fachaufsatz I präsentiert den sechsstufigen Forschungsansatz und beleuchtet die besonderen Rahmenbedingungen des Forschungsobjektes aus einer theoretischen Perspektive. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Organisationsanalyse, welche zugleich Phase I und II des Forschungskonzeptes darstellen, vorgestellt. Aufbauend auf diesen Forschungsergebnissen fokussiert Forschungsaufsatz II die Darlegung der Ergebnisse aus Forschungsphase III, der Befragung der Führungsebene. Die Befragung thematisierte dabei die Wahrnehmung von Diversity und Diversity Management auf Führungsebene, die Verknüpfung von Diversität mit Innovation sowie die Reflexion des eigenen Führungsstils. Als Ergebnis der Befragung konnten sechs Typen identifiziert werden, die das Führungsverständnis im Diversitätskontext widerspiegeln und somit den Ansatzpunkt für eine top-down gerichtete Diversity Management Strategie darstellen. Darauf aufbauend wird in Forschungsphase IV die Mitarbeiter*innenebene beforscht. Im Zentrum der quantitativen Befragung standen die vorherrschenden Einstellungen zum Themenkomplex Diversity und Diversity Management, die Wahrnehmung von Diversität sowie die Untersuchung des Einflusses der Führungsebene auf die Mitarbeiter*innenebene. Forschungsaufsatz III präsentiert erste Ergebnisse dieser Untersuchung. Die Analyse weist auf eine unterschiedliche Gewichtung der verschiedenen Diversitätskategorien hinsichtlich der Verknüpfung mit Innovationen und somit der Reflexion des Kontextes zwischen Diversität und Innovationen hin. Vergleichbar mit den identifizierten Typen auf der Führungsebene, deutet die Analyse auf die Existenz unterschiedlicher Reflexionsgrade auf Mitarbeiter*innenebene hin. Auf Basis dessen wird im Rahmen von Forschungsaufsatz IV eine nähere Untersuchung des Reflexionsgrades auf Mitarbeiter*innenebene präsentiert und der Diversity Management Ansatz mit Elementen des Change Managements kombiniert. Besondere Berücksichtigung findet als Schlussfolgerung einer theoretischen Analyse die Organisationskultur als zentrales Element bei der Entwicklung und Einführung eines Diversity Management Ansatzes in eine komplexe Forschungsorganisation in Deutschland. Die Analyse zeigt, dass die Wahrnehmung von Diversität heterogen aber zunächst losgelöst vom individuellen Hintergrund ist (im Rahmen dieser Analyse lag der Fokus auf den Diversitätskategorien Gender und Herkunft). Hinsichtlich der Wertschätzung von Diversität zeigt sich dabei ebenfalls ein heterogenes Bild. In der Gesamtbetrachtung stimmen lediglich 17% der Mitarbeiter*innen zu, dass Diversitätskategorien wie Gender, Herkunft oder auch Alter einen Mehrwert darstellen können. Zugleich bewertet diese Gruppe die dem Thema beigemessene Wichtigkeit im CoE als ausreichend. Zusammengefasst lassen sich folgende Erkenntnisse im Rahmen dieser Dissertation ableiten und dienen somit als Grundlage für die Entwicklung eines Diversity Management Ansatzes: (1) Die Entwicklung eines bedarfsorientierten Diversity Management Ansatzes erfordert einen systemtheoretischen Prozess, der sowohl organisationsinterne als auch externe Einflussfaktoren berücksichtigt. Der im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte sechsstufige Forschungsprozess hat sich dabei als geeignetes Instrument erwiesen. (2)Im Rahmen öffentlicher Forschungseinrichtungen lassen sich dabei drei zentrale Faktoren identifizieren: die individuelle Reflexionsebene, die Organisationskultur sowie extern beeinflusste Organisationsstrukturen, Prozesse und Systeme.(3)Vergleichbar mit privatwirtschaftlichen Unternehmen hat auch in wissenschaftlichen Organisationen die Führungsebene einen maßgeblichen Einfluss auf die Wahrnehmung von Diversität und somit einen Einfluss auf die Umsetzung einer Diversity Management Strategie. Daher ist auch im wissenschaftlichen Kontext, bedingt durch die rechtlichen Rahmenbedingungen des Hochschulsystems, ein top-down Ansatz für eine nachhaltige Implementierung erforderlich. (4) Diversity Management steht in einem engen Zusammenhang mit einem organisationalen Wandel, was die Reflexion von Veränderungsprozesse aus einer psychologischen Perspektive erfordert und eine Verknüpfung von Diversity und Change Management bedingt. Aufbauend auf den im Rahmen des entwickelten Forschungskonzeptes gewonnenen zentralen Erkenntnissen wird ein Ansatz entwickelt, der die Ableitung theoretischer Implikationen sowie Implikationen für das Management ermöglicht. Insbesondere vor dem Hintergrund der Reflexion der besonderen Rahmenbedingungen öffentlich finanzierter Forschungsorganisationen werden darüber hinaus politische Implikationen abgeleitet, die auf die Veränderung struktureller Dimensionen abzielen.
Textsammlung mit allen für den Datenschutz in Kirchen maßgeblichen Regelwerken: DSGVO, KDG, KDR-OG, DSG-EKD sowie begleitende Verordnungen (KDG-DVO, KDR-OG-DVO und ITSVO-EKD) und Verfahrensgesetze (KDSGO und KiGG.EKD). Die vorliegende Textsammlung enthält die für den Datenschutz der beiden großen Kirchen in Deutschland maßgeblichen Vorschriften: Dies sind, neben der Datenschutz-Grundverordnung, die Normen des kirchlichen Rechts, die neu erlassen bzw. geändert wurden. Weiter sind die verschiedenen Durchführungsverordnungen für die kirchlichen Datenschutzgesetze und die maßgeblichen Normen des kirchlichen Verfahrensrechts abgedruckt. Ergänzt wird das Werk durch Verweise auf maßgebliche Veröffentlichungen der weltlichen und kirchlichen Datenschutzaufsichtsbehörden und weitere Materialien.
Comparative assessment of parallel-hybrid-electric propulsion systems for four different aircraft
(2020)
Until electric energy storage systems are ready to allow fully electric aircraft, the combination of combustion engine and electric motor as a hybrid-electric propulsion system seems to be a promising intermediate solution. Consequently, the design space for future aircraft is expanded considerably, as serial hybrid-electric, parallel hybrid-electric, fully electric, and conventional propulsion systems must all be considered. While the best propulsion system depends on a multitude of requirements and considerations, trends can be observed for certain types of aircraft and certain types of missions. This Paper provides insight into some factors that drive a new design toward either conventional or hybrid propulsion systems. General aviation aircraft, regional transport aircraft vertical takeoff and landing air taxis, and unmanned aerial vehicles are chosen as case studies. Typical missions for each class are considered, and the aircraft are analyzed regarding their takeoff mass and primary energy consumption. For these case studies, a high-level approach is chosen, using an initial sizing methodology. Only parallel-hybrid-electric powertrains are taken into account. Aeropropulsive interaction effects are neglected. Results indicate that hybrid-electric propulsion systems should be considered if the propulsion system is sized by short-duration power constraints. However, if the propulsion system is sized by a continuous power requirement, hybrid-electric systems offer hardly any benefit.
Nach dem Scheitern des Privacy Shield hofft der Datenschutzberater Alexander Golland, dass die europäischen Behörden bald konkrete Maßnahmen für den Datentransfer in Drittländer vorschlagen. Auch kleine Unternehmen müssten die Herausforderung bewältigen – sonst wäre das Urteil nur Wasser auf die Mühlen jener, die ohnehin über den Datenschutz schimpfen.